Cel nauczania
- Odróżnić atomy diamagnetyczne od paramagnetycznych.
Kluczowe zagadnienia
- Zawsze, gdy dwa elektrony dzielą ten sam orbital, ich spinowe liczby kwantowe muszą być różne. Kiedykolwiek dwa elektrony są sparowane razem na orbitalu, lub ich całkowity spin wynosi 0, są to diamagnetyczne elektrony. Atomy z wszystkimi diamagnetycznymi elektronami są nazywane atomami diamagnetycznymi.
- Elektron paramagnetyczny jest niesparowanym elektronem. Atom jest uważany za paramagnetyczny, jeśli nawet jeden orbital ma spin netto. Atom może mieć dziesięć diamagnetycznych elektronów, ale tak długo, jak ma również jeden paramagnetyczny elektron, nadal jest uważany za paramagnetyczny atom.
- Diamagnetyczne atomy odpychają pola magnetyczne. Niesparowane elektrony atomów paramagnetycznych ustawiają się w odpowiedzi na zewnętrzne pola magnetyczne i dlatego są przyciągane. Paramagnetyki nie zachowują namagnesowania przy braku pola magnetycznego, ponieważ energia cieplna randomizuje orientację spinową elektronów.
Terminy
- paramagnetykiMateriały, które są przyciągane przez zewnętrznie przyłożone pole magnetyczne i tworzą wewnętrzne, indukowane pola magnetyczne w kierunku przyłożonego pola magnetycznego.
- diamagneticMateriały, które tworzą indukowane pole magnetyczne w kierunku przeciwnym do zewnętrznie przyłożonego pola magnetycznego i dlatego są odpychane przez przyłożone pole magnetyczne.
- lanthanideAny z 14 pierwiastków ziem rzadkich z ceru (lub z lantanu) do lutetu w układzie okresowym. Ponieważ ich najbardziej zewnętrzne orbitale są puste, mają bardzo podobną chemię. Poniżej nich są aktynowce.
- liczba kwantowaJedna z pewnych liczb całkowitych lub pół-liczbowych, które określają stan układu mechaniki kwantowej (np. elektronu w atomie).
- MRIMagnetic Resonance Imaging, technika obrazowania medycznego stosowana w radiologii do badania anatomii i fizjologii ciała zarówno w zdrowiu jak i w chorobie.
Diamagnetyzm
Za każdym razem, gdy dwa elektrony dzielą ten sam orbital, ich spinowe liczby kwantowe muszą być różne. Innymi słowy, jeden z elektronów musi być „spin-up”, z m_s = +\frac{1}{2}, podczas gdy drugi elektron jest „spin-down”, z m_s = -\frac{1}{2}. Jest to ważne, gdy chodzi o określenie całkowitego spinu na orbitalu elektronowym. Aby zdecydować czy spiny elektronów się znoszą, należy dodać do siebie ich spinowe liczby kwantowe. Kiedykolwiek dwa elektrony są sparowane razem na orbitalu, lub ich całkowity spin wynosi 0, są one nazywane diamagnetycznymi elektronami.
Pomyśl o spinach jako o spinach zgodnych i przeciwnych do ruchu wskazówek zegara. Jeśli jeden spin jest zgodny z ruchem wskazówek zegara, a drugi jest przeciwny, wtedy dwa kierunki spinów równoważą się nawzajem i nie ma żadnego pozostałego obrotu. Zauważ co to wszystko oznacza w odniesieniu do elektronów dzielących orbitale: Ponieważ elektrony w tym samym orbitalu zawsze mają przeciwne wartości dla ich spinowych liczb kwantowych (ms), zawsze w końcu się znoszą. Innymi słowy, nie ma resztek spinu w orbitalu, który zawiera dwa elektrony.
Spin elektronu jest bardzo ważny w określaniu właściwości magnetycznych atomu. Jeśli wszystkie elektrony w atomie są sparowane i dzielą swój orbital z innym elektronem, wtedy całkowity spin w każdym orbitalu wynosi zero i atom jest diamagnetyczny. Atomy diamagnetyczne nie są przyciągane przez pole magnetyczne, ale raczej są lekko odpychane.
Paramagnetyzm
Elektrony, które są same na orbitalu nazywamy elektronami paramagnetycznymi. Pamiętaj, że jeżeli elektron jest sam na orbitalu, to orbital ma spin netto, ponieważ spin samotnego elektronu nie jest anulowany. Jeśli nawet jeden orbital ma spin netto, cały atom będzie miał spin netto. Dlatego atom jest uważany za paramagnetyczny, gdy zawiera co najmniej jeden paramagnetyczny elektron. Innymi słowy, atom może mieć 10 sparowanych (diamagnetycznych) elektronów, ale tak długo jak ma również jeden niesparowany (paramagnetyczny) elektron, nadal jest uważany za paramagnetyczny.
Tak jak atomy diamagnetyczne są lekko odpychane od pola magnetycznego, atomy paramagnetyczne są lekko przyciągane do pola magnetycznego. Właściwości paramagnetyczne wynikają z przesunięcia ścieżek elektronów spowodowanego zewnętrznym polem magnetycznym. Paramagnetyki nie zachowują namagnesowania przy braku zewnętrznie przyłożonego pola magnetycznego, ponieważ ruch termiczny randomizuje orientacje spinów. Silniejsze efekty magnetyczne są zwykle obserwowane tylko wtedy, gdy zaangażowane są d- lub f-elektrony. Rozmiar momentu magnetycznego na atomie lantanowca może być dość duży, ponieważ może on przenosić do siedmiu niesparowanych elektronów, w przypadku gadolinu(III) (stąd jego zastosowanie w MRI).
http://en.wiktionary.org/wiki/quantum_number
Wiktionary
CC BY-SA 3.0.
http://en.wiktionary.org/wiki/lanthanide
Wiktionariusz
CC BY-SA 3.0.
http://en.wikipedia.org/wiki/Paramagnetic
Wikipedia
CC BY-SA 3.0.
http://en.wikibooks.org/wiki/High_School_Chemistry/The_Electron_Spin_Quantum_Number%23When_Electrons_are_Paired.2C_They_are_Diamagnetic_.28i.e._No_Magnetic_Attraction.29
Wikipedia
CC BY-SA 3.0.
http://en.wikipedia.org/wiki/Diamagnetic
Wikipedia
CC BY-SA 3.0.
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diamagnetic_graphite_levitation.jpg
Wikimedia
Domena publiczna.